Entwicklung Fragment-basierter Inhibitoren der bakteriellen Deacetylase LpxC als neuartige Antibiotika

• Antragsteller: Professor Dr. Ralph Holl; Professor Dr. Wolfgang Sippl
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434601098

Die ständig zunehmende Anzahl an multiresistenten gramnegativen Bakterien stellt ein dringliches Problem für die Gesundheit der Menschen sowie die Sozialsysteme dar. Daher werden neuartige Antibiotika mit einem in der Therapie noch nicht ausgenutzten Wirkungsmechanismus benötigt. Da Lipid A, das den hydrophoben Membrananker der Lipopolysaccharide darstellt, essentiell für das Wachstum und die Lebensfähigkeit von gramnegativen Bakterien ist, stellt die Hemmung seiner Biosynthese eine vielversprechende Strategie für die Entwicklung von spezifisch gegen gramnegative Bakterien gerichteten Antibiotika dar. Die Deacetylase LpxC katalysiert den ersten irreversiblen Stritt der Lipid A-Biosynthese und konnte als Target für die antimikrobielle Therapie validiert werden. Im beantragten Projekt sollen unter Verwendung von innovativen Fragment-basierten Methoden in Kombination mit Struktur-basierten Ansätzen neuartige LpxC-Inhibitoren entwickelt werden. Unter Verwendung NMR-basierter Methoden werden Fragmente gegen LpxC gescreent, um Verbindungen zu finden, die in die von den meisten bekannten LpxC-Inhibitoren unbesetzte UDP-Bindungstasche des Enzyms binden. Fragmentbibliotheken, die auch von Naturstoffen inspirierte Fragmente enthalten, werden in Gegenwart von Sonden gescreent, die Derivate bekannter sowie neuartiger Inhibitoren darstellen. Um potente Enzyminhibitoren zu erhalten, werden die gefundenen Strukturen in optimaler Weise miteinander verknüpft, wobei die strukturellen Informationen der NMR-Experimente wie beispielsweise den NOEs zwischen den Liganden sowie Dockingstudien zu Hilfe genommen werden. Die geplanten Verbindungen werden in divergenten Synthesen unter Verwendung modernen Synthesemethoden in stereokontrollierter Weise hergestellt. Neben Benzyloxyacetohydroxamsäure-basierten LpxC-Inhibitoren werden neuartige 3,4-disubstituierte Morpholin-Derivate synthetisiert werden, die die aus pharmakokinetischer Sicht ungünstige Hydroxamsäurefunktion nicht aufweisen. Unterstützt durch Docking-Studien sollen für alle hergestellten LpxC-Inhibitoren Struktur-Wirkungsbeziehungen herausgearbeitet werden. In nachfolgenden Optimierungsschritten wird die inhibitorische Aktivität der Verbindungen, ihr antibakterielles Spektrum gegen verschiedenen gramnegative Keime sowie ihre metabolische Stabilität verbessert. Vorbereitende Experimente wurden unternommen, um die Realisierbarkeit des Projekts zu zeigen. Die Aufreinigung der Proteine, die Etablierung der Enzym-Assays, die Synthese erster LpxC-Inhibitoren sowie die Bestimmung ihrer biologischen Aktivität, erste Interligand-NOE-NMR-Experimente und Docking-Studien mit bekannten und designten Inhibitoren wurden bereits erfolgreich durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerin: Dr. Isabelle Krimm